Купольные конструкции. 
Конструкции в архитектуре

Купола (рис. 102) представляют собой пологие f/D (от 1/6 до 1/10) и подъемистые (f/D от ½ до 1/5) оболочки двоякой кривизны с поверхностью вращения (сфера, коноид, эллипсоид, параболоид) волнистой, складчатой, сетчатой или стрельчатой конструкции на круглом плане.

Купольные конструкции принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, применяемым в покрытиях диаметром до 150 м при толщине оболочки в 1 /600−1/800 диаметра.

Рис. 11. Купола: а — геометрические формы: сферическая, коноидная, параболическая, эллиптическая; б — конструктивные формы: гладкая сферическая, граненая стрельчатая, сетчатая ребристая. ребристо-кольцевая, волнистая; в — схемы передачи распора: через наклонные опоры на опорное кольцо в грунте, на опорное кольцо на колоннах, на внутреннее стальное кольцо (по Н. Никитину) Имеет стрелу подъема в ½ диаметра, железобетонные конструкции позволяют применять купола пологой формы. Применение пологих куполов дает существенное уменьшение неэксплуатируемого подкупольного пространства и минимальное отношение поверхности покрытия, приведенной к единице площади перекрываемого зала. Уменьшению стрелы подъема купола сопутствует увеличение горизонтальной составляющей (распора) опорных реакций конструкции.

Широко распространена также система передачи распора с купольной оболочки на фундамент через наклонные опоры. Угол наклона опор соответствует расположению равнодействующей усилий в оболочке у ее опорной зоны (по касательной к поверхности). Этот вариант наиболее привлекателен и в функциональном, и в композиционном отношении: редкая расстановка опор позволяет хорошо осветить подкупольное пространство, а их наклон, отвечающий схеме распределения усилий в конструкции, способствует тектоничности архитектурного объема.

Уникальная система передачи распора и расположения распорного кольца предложена инж. Н. Никитиным в неосуществленном проекте крупного выставочного павильона. Зал диаметром 150 м перекрыт волнистым складчатым куполом из 36 складчатых радиально расположенных трехшарнирных арок, а стальное растянутое кольцо шириной 6 м подвешено внутри зала на оттяжках и может служить обзорной галереей или вторым ярусом экспозиции.

Наиболее экономична конструкция гладкого купола, применяемая в монолитном строительстве для покрытий диаметром до 150 м.

Ребристые конструкции применяют в конструкциях сборных куполов в вариантах с ортогональной или ромбической сеткой ребер. В первом случае сборными элементами купола служат треугольные и трапецеидальные секторные панели, опирающиеся на нижнее и верхнее кольца, во втором — ромбические. Сборные элементы купола соединяют с опорными кольцами и между собой сваркой закладных деталей (арматурных выпусков) и замоноличиванием швов.

Сборные элементы ребристых куполов могут быть выполнены со сплошной плитой, плитой со световым отверстием или без плиты со светопрозрачным заполнением между ребрами. В последнем случае для обеспечения устойчивости конструкции ребра через шаг объединяют связями.

Волнистые купола выполняют главным образом монолитными из сопряженных сегментов оболочек-волн одинарной или двоякой кривизны (конои-дальных, синусоидальных, параболоидных и др.) и применяют в покрытиях пролетом до 80 м. При большем расходе материалов, чем в гладких куполах, конструкция обладает функциональными и композиционными преимуществами: благодаря открытым наружным торцам волн обеспечивается полноценное верхнебоковое естественное освещение внутренних пространств, устройство входов, а выразительная объемная форма конструкции обогащает композицию фасадов и интерьера здания. Торцы волн-оболочек могут выходить за пределы опорного кольца, иметь вертикальную или наклонную плоскость среза. Консольный вынос волны часто используют в качестве стационарного солнцезащитного устройства.

Складчатые и звездчатые купола выполняют монолитными и сборно-монолитными для пролетов до 80 м. Сборно-монолитные конструкции складчатых куполов из складчатых оболочек выпуклой или вогнутой формы внедрены в строительство в Москве на базе унификации элементарных оболочек. В основу унификации положены фрагменты поверхности тора с положительной и отрицательной гауссовой кривизной. Благодаря двум знакам кривизны из элементарных оболочек могут быть скомпонованы покрытия различной формы, геометрическую точность поверхности которых обеспечивают различной толщиной швов между оболочками.